WO2000008452A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen messung der staubkonzentration in abluft- und abgaskanälen und schornsteinen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for continuous measurement of the dust concentration and the volume flow of gases in an air duct, exhaust duct or chimney with a one-sided closed rod-shaped measuring probe which can be plugged into the exhaust duct, exhaust duct or chimney and fastened by means of a mechanical connection and one with the Measuring probe connectable measuring value evaluation device.
- the pollutant emissions from combustion plants and / or process plants are to be monitored.
- the dust concentration, volume flow, pressure and temperature must be measured.
- Measuring probes for determining the mass flow are known in which the charge transfer of dust particles to the probe rod is measured according to the triboelectric measuring principle and the number of dust particles in the volume flow is thereby determined.
- volume flow probes for determining the speed or the amount of the exhaust gas at which the pressure difference between two chambers is measured, one of which is directed against the flow direction and an overpressure and the other is directed in the flow direction and a negative pressure or the Exhibits absolute pressure.
- Devices for temperature measurement and the absolute pressure in the exhaust gas duct are also known, so that a determination of the dust concentration and the mass flow over the dust particle and volume flow converted to standard conditions is possible.
- four different devices are required, which must be attached to the exhaust air duct, exhaust gas duct or chimney using four different flanges or combined using a flange.
- static problems often occur.
- the object of the invention is to design a device of the type mentioned in the introduction so that a safe and accurate continuous measurement of the dust concentration and the volume flow of gases including flue gases is possible with only one rod-shaped measuring probe. According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
- the invention it is possible to measure the parameters required for the measurement of dust concentration, volume flow, temperature, differential pressure and absolute pressure with only one measuring probe which is mounted on the exhaust duct, exhaust duct or chimney via only a mechanical connection.
- the necessary parameters for determining the dust concentration and the volume flow are recorded at the same time and location.
- the measuring system does not consist of several probes for determining the individual parameters. Thanks to the special probe design, all the necessary parameters are determined using only one rod-shaped probe. In addition to the low installation effort, the result is minimal maintenance times with downtimes not previously achieved in the known measuring devices and thus maximum availability. Compensation probes, eg to record fluidic corrections or for additional zero point compensation, are not required.
- the dust exposure is measured using the triboelectric measuring principle.
- the probe dimensions are dimensioned according to the channel diameter. They are usually also stored on the opposite side of the exhaust duct. As a result of the measurements, the dust concentration is displayed in mg / m 3 or mg / Nm 3 if a calibration known per se has been carried out.
- the measuring probe can be made of different materials.
- the temperature sensor measures the core temperature in the exhaust air duct, exhaust gas duct or chimney at the same time without delay, which is a prerequisite for an exact conversion of the dust measurement values to standard conditions. Different sensors can be used depending on the gas temperature. By choosing appropriate materials such as PTFE or ceramic or plastic and plastic resins, the measuring probe can be completely insulated from earth potential.
- the probe itself is made of various materials according to the gas temperature, such as steel 1.457, Hasteloy and others.
- the measured values of the measuring probe can advantageously be supplied to an emission evaluation computer or a microprocessor evaluation unit and can be calculated and classified with these devices according to standard conditions.
- a changeover valve can be provided at the pressure outputs of the chambers of the measuring probe, which is used to flush the chambers and to determine the zero point. It can also be one Automatic unit can be provided, which takes over the control and flow of the measuring probe for adjustment and, if necessary, corrects the measuring signals.
- An adjusting device for symmetrical flow and pressure adjustment can also be arranged on a chamber or on a side channel of the measuring probe.
- the size of the charge flow generated by the impinging dust particles depends on various influencing factors such as particle material and size, probe length and surface area as well as flow velocity and thus on the volume flow.
- the measurement probe is simultaneously designed according to the tribostatic measurement principle in such a way that it also detects the flow velocity or the volume flow.
- the dependence of the dust concentration signal can be ideally compensated mathematically, since measurements are taken at the same measuring location with the same probe.
- Fig. 1 shows the measuring probe in a schematic plan view.
- Fig. 2 shows the probe tube of the measuring probe of FIG. 1 in one
- the device 1 for the continuous measurement of the dust concentration of exhaust gas consists of a measuring probe 2 and a measured value evaluation device (not shown in more detail), which can be designed, for example, as a microprocessor evaluation unit or emission evaluation computer.
- the measuring probe 2 has a probe tube 3, on which a mechanical mounting device 4 is formed, by means of which the measuring probe 2 is fastened to the wall 5 after being passed through an opening 6 in the wall 5 of the exhaust gas duct.
- the mounting device 4 can be, for example, a flange or a threaded sleeve.
- the probe tube 3 is generally trapezoidal in cross section. Other fluidic profiles are possible.
- a longitudinal wall 7 is arranged in the probe tube 3 and forms two chambers 8, 9. In the outer wall of the chambers 8,
- openings 11 are arranged in rows in the area of the tips facing away from the longitudinal wall 7 in accordance with the valid VDI guidelines.
- one chamber 8 is arranged opposite to the flow direction 25 of the exhaust gas and forms an overpressure chamber.
- the other chamber 9 is arranged in the flow direction 25 of the exhaust gas and forms a vacuum chamber or measures the absolute pressure.
- a device 29 for symmetrical flow and pressure adjustment is arranged on a chamber 8, 9.
- the end section of the probe tube 3 projecting into the exhaust gas duct is closed.
- a temperature sensor 15 can be arranged in a chamber 8, 9, the measuring line 26 of which up to an opening 14 e.g. is guided in the wall of the chamber 9 outside the exhaust duct.
- the measuring line 26 is guided through the opening 14 and connected to a temperature transducer 23.
- a temperature transducer 23 In addition to the opening 14, there is another opening 12 or a T-piece branch in the wall of the chamber 9, to which an absolute pressure transmitter 24 can be connected.
- each chamber 8, 9 In the outside end face of the probe tube 3, each chamber 8, 9 is assigned a pipe socket 16, 17 or bores, each of which forms an opening 13 to the chamber 8 or 9.
- a measuring line 27 is connected to each pipe socket 16, 17 and is connected to a differential pressure transducer 21.
- a connector 19 is also provided on the probe tube 3, which is connected by means of a measuring line 28 to an amplifier 22 for measuring the dust particle charge current.
- An insulator 20 which surrounds the probe tube 3 is arranged between the mounting device 4 and the probe tube 3.
- the pipe socket 16, 17 can also be connected to a switch tap 18.
- the amplifier 22, differential pressure transducer 21, temperature transducer 23 and absolute pressure transducer 24 are connected to a measured value evaluation device, not shown.
- the measuring probe 2 described is identical for the dust and volume flow measurement.
- the length of the probe tube 3 is not limited but depends only on the diameter of the exhaust air duct, exhaust gas duct or chimney.
- the cross section of the probe tube 3 can be adapted to the cross section of the channel in which the probe tube 3 is inserted.
- the surface of the probe tube 3 can be processed differently depending on the gas to be measured.
- the openings 11, 12 can have different sizes in accordance with the VDI guidelines or comparable guidelines.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration und des Volumenstromes von Gasen in einem Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein mit einer einseitig geschlossenen stabförmigen Messsonde (2), die mit einer Messwertauswerteeinrichtung verbunden ist. Es wird nur eine Messsonde (2) verwendet, mit der die Staubbelastung und Staubkonzentration mittels des triboelektrischen Messprinzips messbar ist. Zur zeit- und ortsgleichen Erfassung der erforderlichen Parameter zur Bestimmung des Volumenstromes bzw. der Strömungsgeschwindigkeit in dem Sondenrohr (3) der stabförmigen Messsonde (2) sind durch eine Längswand (7) zwei Kammern (8, 9) ausgebildet. In der Aussenwand der Kammern (8, 9) ist in einer Ebene (10) jeweils eine Reihe von Durchbrechungen (11) ausgebildet. An einem Endabschnitt des Sondenrohrs (3) sind Durchbrechungen (12, 13, 14) für Absolutdruck-, Differenzdruck- und Temperaturmessung ausgebildet. In das Sondenrohr (3) ist ferner ein Temperaturfühler (15) integriert.
Description
Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration in Abluft- und Abgaskanälen und Schornsteinen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration und des Volumenstroms von Gasen in einem Ab luftkanal, Abgaskanal oder Schornstein mit einer einseitig geschlossenen stabförmigen Meßsonde, die in den Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein steckbar und mittels einer mechanischen Verbindung befestigbar ist und einer mit der Meßsonde verbindbaren Meßwertauswerteeinrichtung.
Nach gesetzlichen Vorschriften sind die Schadstoffemissionen von Feuerungsanlagen und/oder Prozeßanlagen zu überwachen. Zur Ermittlung der Schadstoffmassenströme sind die Staubkonzentration, der Volumenstrom, D ruck und die Temperatur zu messen. Es sind Meßsonden zur Bestimmung des Massenstroms bekannt, bei denen nach dem triboelektrischen Meßprinzip die Ladungsübertragung von Staubpartikeln zum Sondenstab gemessen und hierdurch die Anzahl der Staubpartikel im Volumenstrom ermittelt wird. Bekannt sind ferner Volumenstromsonden zur Ermittlung der Geschwindigkeit bzw. der Menge des Abgases, bei denen die Druckdifferenz zwischen zwei Kammern gemessen wird, von denen die eine gegen die Strömungsrichtung gerichtet ist und einen Überdruck und die andere in Strömungsrichtung gerichtet ist und einen Unterdruck bzw. den Absolutdruck aufweist. Ebenso sind Einrichtungen zur Temperaturmessung und des Absolutdruckes im Abgaskanal bekannt, so daß eine auf Normbedingungen umgerechnete Bestimmung der Staubkonzentration und des Massenstromes über den Staubpartikel- und Volumenstrom möglich ist. Um diese Staubkonzentration-Bestimmung durchführen zu können, sind somit vier verschiedene Geräte erforderlich, die über vier unterschiedliche Flansche oder kombiniert über einen Flansch am Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein befestigt werden müssen. Außer dem hohen finan- ziellen Aufwand für die gerätetechnische Ausbildung und Montage treten auch oft statische Probleme auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit nur einer stabförmigen Meßsonde eine sichere und genaue kontinuierliche Messung der Staubkonzentration und des Volumenstromes von Gasen einschließlich Rauchgasen möglich ist.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Nach der Erfindung ist es möglich, die für die Messung von Staubkonzentration, Volumenstrom, Temperatur, Differenzdruck und Absolutdruck erforderlichen Parameter mit nur einer Meßsonde zu messen, die über nur eine mechanische Verbindung am Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein montiert wird. Mittels der Meßsonde werden zeit- und ortsgleich die erforderlichen Parameter zur Bestimmung der Staubkonzentration und des Volumenstromes erfaßt. Das Meßsystem besteht nicht aus mehreren Sonden zur Bestimmung der Einzelparameter. Durch die besondere Sondenausbildung werden alle erforderlichen Parameter über nur eine stabförmige Sonde ermittelt. Neben dem geringen Montageaufwand sind dadurch geringste Wartungszeiten bei bei den bekannten Meßeinrichtu ngen bisher nicht erreichten Standzeiten und somit höchste Verfügbarkeit das Ergebnis. Kompensationssonden, z.B. um strömungstechnische Korrekturen zu erfassen oder für zusätzliche Nuilpunkts-Kompensation, sind nicht erforderlich. Die Staubbelastung wird mittels des triboelektrischen Meßprinzips gemessen. Die Sondenabmessungen werden entsprechend des Kanaldurchmessers dimensioniert. Sie sind meistens auf der Gegenseite des Abgaskanals ebenfalls gelagert. Als Ergebnis der Messungen wird die Staubkonzentration in mg/m3 bzw. mg/Nm3 angezeigt, wenn eine an sich bekannte Kalibrierung durchgeführt ist. Entsprechend den Anwendungsanforderungen kann die Meßsonde aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Der Temperaturfühler mißt zeitgleich ohne Verzögerung die Kerntemperatur im Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein, was eine Voraussetzung für eine exakte Umrechnung der Staubmeßwerte auf Normbedingungen ist. Entsprechend der Gastemperaturen können verschiedene Meßfühler eingesetzt werden. Durch Wahl entsprechender Materialien wie z.B. PTFE oder Keramik oder Kunststoff und Kunststoffharze kann die Meßsonde komplett gegen Erdpotential isoliert aufgebaut sein. Die Sonde selbst ist entsprechend der Gastemperatur aus verschiedenen Materialien gefertigt, wie Stahl 1.457, Hasteloy u.a. Die Meßwerte der Meßsonde können in vorteilhafter Weise einem Emissions-Auswerterechner oder einer Mikroprozessor-Auswerteeinheit zugeführt und mit diesen Geräten auf Normbe- dingungen berechnet und klassiert werden. An den Druckausgängen der Kammern der Meßsonde kann ein Umschalthahn vorgesehen werden, der zur Spülung der Kammern und zur Bestimmung des Nullpunktes dient. Es kann auch eine
automatische Einheit vorgesehen sein, die zum Abgleich die Steuerung und Beströmung der Meßsonde übernimmt und ggf. die Meßsignale korrigiert. An einer Kammer oder an einem Seitenkanal der Meßsonde kann auch eine Einsteileinrichtung zur symmetrischen Strömungs- und Druckeinstellung angeordnet sein.
Der durch die auftreffenden Staubpartikel erzeugte Lad ungsstrom ist in seiner Größe abhängig von verschiedenen Einflußfaktoren wie Partikelmaterial und -große, Son- denlänge- und Oberfläche sowie Fließgeschwindigkeit und somit vom Volumenstrom. Um dem System bzw. prinzipbedingten Einfluß der Strömungsabhängigkeit des Meßsignals auszuschalten, ist die Meßsonde nach dem tribostatischem Meßprinzip gleichzeitig so ausgebildet, daß sie die Fließgeschwindigkeit bzw. den Volumenstrom mit erfaßt. Dadurch ist rechnerisch die Abhängigkeit des Staubkonzentra tionssignals ideal kompensierbar, da am selben Meßort mit derselben Sonde gemessen wird.
Strömungseinflüsse durch separate Einbauten von Staub- und Volumenstromsonden oder der Einbau von zusätzlichen Kompensationssonden am gleichen Meßort sind damit ausgeschaltet.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in der Zeichnung schematisch dargestellten Meßsonde näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Meßsonde in einer schematischen Draufsicht.
Fig. 2 das Sondenrohr der Meßsonde nach Fig. 1 in einer
Seitenansicht im Schnitt.
Die Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration von Abgas besteht aus einer Meßsonde 2 und einer nicht näher dargestellten Meßwertauswerte- einrichtung, die z.B. als Mikroprozessor-Auswerteeinheit oder Emissions-Auswerte- rechner ausgebildet sein kann. Die Meßsonde 2 weist ein Sondenrohr 3 auf, an dem eine mechanische Montagevorrichtung 4 ausgebildet ist, mittels der die Meßsonde 2 nach Durchführen durch eine Durchbrechung 6 in der Wand 5 des Abgaskanals an der Wand 5 befestigt wird. Die Montagevorrichtung 4 kann z.B. ein Flansch oder eine Gewindemuffe sein.
Das Sondenrohr 3 ist im Querschnitt allgemein trapezförmig ausgebildet. Andere strömungstechnische Profile sind möglich. In dem Sondenrohr 3 ist eine Längswand 7 angeordnet, die zwei Kammern 8, 9 ausbildet. In der Außenwand der Kammern 8,
9 sind im Bereich von den der Längswand 7 abgewandten Spitzen Durchbrechungen 11 entsprechend gültiger VDI-Richtlinien reihenförmig angeordnet. Die eine Kammer 8 ist im Einbauzustand der Messung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 25 des Abgases angeordnet und bildet eine Überdruckkammer. Die andere Kammer 9 ist in Strömungsrichtung 25 des Abgases angeordnet und bildet eine Unterdruckkammer, bzw. mißt den Absolutdruck. An einer Kammer 8, 9 ist eine Einrichtung 29 zur symmetrischen Strömungs- und Druckeinstellung angeordnet. Der in den Abgaskanal ragende Endabschnitt des Sondenrohrs 3 ist verschlossen. Im Bereich des so ausgebildeten Sondenkopfes kann in einer Kammer 8, 9 ein Temperaturfühler 15 angeordnet sein, dessen Meßleitung 26 bis zu einer Durchbrechung 14 z.B. in der Wand der Kammer 9 außerhalb des Abgaskanals geführt ist. Die Meßleitung 26 ist durch die Durchbrechung 14 geführt und mit einem Temperaturmeßumformer 23 verbunden. Neben der Durchbrechung 14 befindet sich in der Wand der Kammer 9 eine weitere Durchbrechung 12 oder eine T-Stück Abzweigung, an die ein Absolutdruck-Meßumformer 24 angeschlossen werden kann. In der außenseitigen Stirnfläche des Sondenrohrs 3 sind jeder Kammer 8, 9 zugeordnet ein Rohrstutzen 16, 17 oder Bohrungen angeordnet, die jeweils eine Durchbrechung 13 zur Kammer 8 bzw. 9 bilden. An jedem Rohrstutzen 16, 17 ist eine Meßleitung 27 angeschlossen, die mit einem Differenzdruck-Meßumformer 21 verbunden ist. Es ist ferner am Sondenrohr 3 ein Anschlußstück 19 vorgesehen, das mittels einer Meßleitung 28 mit einem Verstärker 22 zur Messung des Staubpartikelladungsstromes verbunden ist. Zwischen der Montagevorrichtung 4 und dem Sondenrohr 3 ist ein Isolator 20 angeordnet, der das Sondenrohr 3 umgibt. Die Rohrstutzen 16, 17 können auch mit einem Umschalthahn 18 verbunden sein. Der Verstärker 22,Differenzdruck- Meßumformer 21 , Temperatur-Meßumformer 23 und Absolutdruck-Meßumformer 24 sind mit einer nicht näher dargestellten Meßwertauswerteeinrichtung verbunden. Die Meßsignale können auch mehreren Auswerteeinheiten zugeführt werden.
Die beschriebene Meßsonde 2 ist für die Staub- und Volumenstrommessung identisch. Die Länge des Sondenrohrs 3 ist nicht begrenzt sondern hängt nur vom Durchmesser des Abluftkanals, Abgaskanals oder Schornsteins ab. Ebenso kann der Querschnitt des Sondensrohrs 3 an den Querschnitt des Kanals angepaßt
werden, in den das Sondenrohr 3 eingeführt wird. Die Oberfläche des Sondenrohrs 3 kann abhängig von dem zu messenden Gas unterschiedlich bearbeitet worden sein. Die Durchbrechungen 11 , 12 können entsprechend der VDI-Richtlinien oder vergleichbarer Richtlinien unterschiedliche Größen aufweisen.
Claims
1. Vorrichtung zur gleichzeitigen kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration bzw. des Volumenstromes von Gasen in einem Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein mit einer einseitig geschlossenen stabförmigen Meßsonde, die in den Abluftkanal, Abgaskanal oder Schornstein steckbar und mittels einer mechanischen Verbindung befestigbar ist und einer mit der Meßsonde (2) verbindbaren Meßwertauswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mit nur einer Meßsonde (2) die Staubbelastung und Staubkonzentration mittels des triboelektrischen Meßprinzips meßbar und zur zeit- und ortsgleichen Erfassung der erforderlichen Parameter zur Bestimmung des Volumenstroms bzw. der Strömungsgeschwindigkeit in dem Sondenrohr (3) der stabförmigen Meßsonde (2) durch eine Längswand (7) zwei Kammern (8,
9) ausgebildet sind, daß in der Außenwand der Kammern (8, 9) in einer Ebene (10) jeweils eine Reihe von Durchbrechungen (11 ) ausgebildet ist, daß an einem Endabschnitt des Sondenrohrs (3) Durchbrechungen (12, 13, 14) für Absolutdruck-, Differenzdruck- und Temperaturmessung ausgebildet sind und daß in das Sondenrohr (3) ein Temperaturfühler (15) integriert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt kreisrund ausgebildet ist:
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt viereckig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt quadratisch ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (15) in der einen Kammer (8 oder 9) des Sondenrohrs (3) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (15) als Steckeinheit ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (13) für die Differenzdruckmessung in mit jeweils einer Kammer (8, 9) verbundenen Anschlüssen wie Bohrungen oder Rohrstutzen (16, 17) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (16, 17) oder Bohrungen mittels eines Umschalthahns (18) miteinander verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sondenrohr (3) ein Anschlußstück (19) ausgebildet ist, das mit einem Verstärker (22) eines Strommessers als Ladungsverstärker verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) in einem Isolatorwerkstoff wie PTFE, Keramik, Kunststoffvergußmasse o.dgl. montiert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertauswerteeinrichtung als Mikroprozessor-Auswerteeinheit oder Emissions- Auswerterechner ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (2) mit einer Einrichtung verbunden ist, mittels der zum Abgleich die Meßsonde (2) steuerbar und beströmbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Kammern (8, 9) eine Einrichtung (29) zur symmetrischen Strömungs- und Druckeinstellung angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Flansch (4) und dem Sondenrohr (3) ein das Sondenrohr (3) umgebender Isolator (20) angeordnet ist.
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